Дизельная топливная аппаратура

К системе питания дизелей отно­сятся топливо- и воздухоподводящая аппаратура, выпускной газопро­вод и глушитель шума отрабо­тавших газов. В четырехтактных ди­зелях широкое распространение получила топливоподводящая аппаратура разделенного типа, у кото­рой топливный насос высокого дав­ления и форсунки конструктивно выполнены отдельно и соединены топливопроводами. Топливоподача осуществляется по двум основным магистралям: низкого и высокого давления. Назначение механизмов и узлов магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым дав­лением к насосу высокого давления. Механизмы и узлы магистрали высо­кого давления обеспечивают подачу и впрыскивание необходимого коли­чества топлива в цилиндры двига­теля.

В настоящее время для питания дизельных двигателей легковых автомобилей применяются следующие топливные системы:

- системы питания с топливными насосами высокого давления, имеющими рядное расположение плунжерных пар без электронного управления;

- системы питания с топливными насосами высокого давления, имеющими рядное расположение плунжерных пар с электронным управлением;

- системы питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления без электронного управления фирм Бош и Лукас;

- системы питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления с электронным управлением фирм Бош и Лукас;

- аккумуляторные топливные системы с электронным управлением «коммон рейл»;

- топливные системы с насос-форсунками;

- топливные системы насос-форсунка-трубопровод;

- газодизельные топливные системы.

Развитие систем питания дизельных двигателей с электронным управлением связано главным образом с экологически­ми нормами, принятыми в большинстве развитых стран мира. По европейским стандартам выбросы токсичных веществ и твердых частиц дизельными двигателями имеют тенденцию к резкому их снижению, что видно из табл.5.1.

Таблица 1. Нормы выбросов токсичных веществ по Евростандартам.

В борьбе за снижение токсичности отработавших газов конструкторы столкнулись с серьез­ной проблемой: большинство измене­ний рабочего процесса дизеля снижа­ет выбросы лишь одного из вышеназванных двух ком­понентов, и экологические нормы не могут быть выполнены регулировками или изменением параметров дизеля. Например, увеличение опе­режения угла впрыска уменьшает эмиссию твердых частиц, но увеличивает выбросы окислов азота. Разрешить эту проблему позволили высокое давление впрыска и электрон­ное управление системой подачи топлива. Благодаря повыше­нию давления впрыска улучшается распыление топлива, что способствует более быст­рому и полному сгоранию. Это пояс­няет, почему почти 60 лет (с 1927 по 1985) максимальное давление впрыска составляло 200…500 кгс/см², а в последние 15 лет возросло до 2000 кгс/см².

Топливные системы с механически­ми регуляторами постепенно снимают с производства. Переход на новый уровень давления и электронное упра­вление потребовал пересмотра тради­ционных конструкций. В ряду распределительных насосов высокого давления самая популярная в мире модель «Бош-VE», ведущая ис­торию с 1976 года, вытесняется более современными электроуправляемыми ТНВД фирм «Бош», «Лукас», «Зексель», «Станадайн».

Уже сейчас ведущие производители заменили механические регуляторы Уатта электронными. Их характеризу­ет гибкость управления, самодиагно­стика, использование резервных про­грамм. Появились и собственные оп­ции: питание каждого цилиндра в со­ответствии с его техническим состоя­нием и особенностями изготовления, отключение цилиндров, управление параметрами впрыска и др. Фирма «Бош» уже к 2006 году сократила долю распределительных насосов до 15%; ранее не выпускавшиеся электроупра­вляемые насос-форсунки и индивиду­альные ТНВД имеют 19% всего объе­ма, а 62% объема выпуска прихо­дится на системы постоянного давления «коммон - рейл». Электронное управление позволяет на всех режимах работы дизеля гибко изменять характеристику, величину по­дачи, давление и опережение впрыска. В итоге снижаются вредные выбросы, шумность, расход топлива, улучшается пуск дизеля. Автомобиль становится бо­лее скоростным и динамичным.

В настоящее время критериями совершенства топливоподачи являются показатели экономичности, мощности и шумности работы, динамичности транспортного средства, надежности пуска, выбросов токсичных веществ, коэффициент приспособляемости, соблюдение ограничений по давлению в цилиндре, жесткости сгорания, тепловым нагрузкам, температуре газов перед турбиной и прочее.

Для обеспечения заданных показателей к системам питания предъявляется комплекс требований:

• обеспечение гибкого регулирования цикловой подачи в соответствии с заданным скоростным режимом двигателя; обеспечение необходимой внешней скоростной характеристики (не обязательно жестко заданной);

• обеспечение минимальной неравномерности подачи по цилиндрам или, напротив, оптимальная неравномерность подачи и угла опережения впрыска для каждого цилиндра в соответствии с его особенностями конструкции, изготовления и текущего технического состояния;

• оптимальное регулирование угла опережения впрыска в соответствии с режимом работы;

• автоматизация пуска, необходимое обогащение при пуске, выключение подачи на принудительном холостом ходу, регулирование на переходных режимах;

• отключение цилиндров и циклов на частичных режимах;

• диагностирование датчиков и исполнительных устройств и компенсация выбывших из строя с помощью резервных программ.

Эти условия вызвали самое широкое применение достижений микроэлектроники и вычислительной техники для управления ДВС, что в ряде случаев позволило осуществить управление на программно-адаптивном уровне, т.е. реализовать регулирование с обратной связью. В качестве примера можно привести способность некоторых блоков управления поддерживать стабильными выходные параметры при изменении свойств системы в процессе эксплуатации.

Дальнейшее развитие автомобильной техники неизбежно движется по пути развития комплексных систем управления, причем не только различными системами автомобиля (например, антиблокировочная система тормозов, круизконтроль, управление двигателем и трансмиссией), но также их совокупностью, а в перспективе и автомобилем как единой системой.